一文读懂，网卡由哪些部分组成

1. 网卡

网卡基本单元有4个：MAC、PHY、变压器、RJ45。框图里舍去晶振、电源、存储设备、LED等外设，根据方案差异，某些数字电路部分不同程度的整合到一个芯片内。

网卡上至少有两个LED灯，分别表示Link（链路正常）和数据传输或数据速率选择（10M/100M）。

晶振是处理器自同步的时钟源。

存储设备指的是EEPROM存储设备，我没用过，绝大多芯片手册里介绍MAC链接一个几K的EEPROM，内部存储MAC地址，其实没有这个EEPROM网卡也能工作，MAC地址可以待CPU启动后由CPU写入。

网卡BOOTROM，是无盘启动的ROM接口，通过远程启动服务构造无盘工作站。

1.1. MAC

媒体访问控制（MAC，Media Access Control)，平时所说的MAC地址（局域网地址）指的是MAC芯片的地址。按设计要求它应该是全球唯一，实际上只做到局域网广播域内唯一即可，Windows和Linux都有修改MAC地址的方法。

MAC的作用：在局域网广播链路里控制和协调所有站点对共享介质的访问，以避免或减少冲突。这种冲突检测的方法叫载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD，Carrier Sense MultipleAccess With Collision Detection)。下图的多块网卡MAC链接到同一个HUB上，相当于所有MAC的收、发信号连接在一起，组成星形拓扑。

CSMA/CD协议逻辑是：

•发送前检查信道是否空闲，空闲则发送，信道繁忙则继续监听，直到信道空闲

•边发送边检测冲突。如果发送完毕都没有检测到冲突，则发送成功

•如果发送时检测到冲突，立即停止数据发送，并发送jamming信号增强链路冲突，随机等待一段时间等待信道空闲

1.2. PHY

物理层（PHY，Physical Layer），是数、模转换模块。

它实现物理层.IEEE-802.3标准定义了以太网PHY。包括MII/GMII(介质独立接口)子层，PCS(物理编码子层)，PMA(物理介质附加)子层，PMD(物理介质相关)子层，MDI子层。

PHY是MAC的 工具人，PHY是CSMA/CD的执行部件，当发生冲突时它告知MAC，由MAC做决策。

PHY眼里只有数据没有帧概念，数据、地址、CRC都同等看待。它负责网络数据编码、解码、链路错误检测。在100Base-T里PHY采用4B/5B编码，用5bit编码传递4bit信息的编码方式，带宽利用率80%，5bit可有32种编码方式，4bit有16种编码方式，从5bit里取出16组编码作为信道信息编码，对这16组编码只有两个要求：5bit组里至少有2个1；5bit里不能有连续3个0。其余的16组表示无用信号或者控制码。

1.3. 变压器

变压器作用：

•提高传输距离、波形修复

•电气隔离、抗干扰、防雷

其实没有变压器两网卡之间也可以通信，只是这个距离会很短，距离越远衰减越大，加上变压器提高信号幅度通信距离得以提高，同样远端传递的信号幅度太低，经过变压器后得以放大，实现波形修复功能。

变压器使芯片端与外部隔离，抗干扰能力大大增强，而且对芯片增加了很大的保护作用

1.4. RJ45

RJ45是布线系统中信息插座（即通信引出端）连接器的一种，连接器由插头（接头、水晶头）和插座（模块）组成，插头有8个凹槽和8个触点。RJ是Registered Jack的缩写，意思是“注册的插座”。在FCC（美国联邦通信委员会标准和规章）中RJ是描述公用电信网络的接口，计算机网络的RJ45是标准8位模块化接口的俗称。

网线有8根4对双绞线，百兆以太网中只用到其中4根：1、2发送、3、6接收。

2. 典型案例

现在嵌入式SOC中，MAC常集成到SOC芯片内，如STM32F4、龙芯1B、i.MX287。下图是龙芯片1B芯片结构图，GMAC指的是千兆网媒体访问控制。

早些年的处理器内部集成MAC，代表有S3C2440，以太网解决方案是外接明显网卡芯片DM9000，下图是DM9000芯片结构图。内部集成MAC和PHY，S3C2440的外部地址总线（内存总线）留出一块区域为DM9000用，访问数据就如同读写内存一样。

下图是某宝PCIE网卡实物图，可以看出MAC和PHY集成到一起，右上角8脚芯片没有焊接，应该是电源转换芯片，网卡的电源直接从PCIE获取。

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